ES2567471T3 - Procedure and smoke detection apparatus in an ion chamber - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento de detección de humo, que comprende las etapas de: acoplar una cámara (102) de ionización a un circuito (208) divisor de tensión capacitivo (CVD); determinar un cambio en una capacitancia de la cámara (102) de ionización utilizando el circuito (208) CVD mediante: la determinación de un primer cambio en la capacitancia de la cámara (102) de ionización cuando la cámara (102) de ionización está a una primera polaridad; la determinación de un segundo cambio en la capacitancia de la cámara (102) de ionización cuando la cámara (102) de ionización está a una segunda polaridad; la determinación de una diferencia entre el primer cambio y el segundo cambio; y la utilización de la diferencia para determinar el cambio en la capacitancia de la cámara (102) de ionización; y detectar la presencia de humo mediante la detección de un cambio predeterminado en la capacitancia.A smoke detection method, comprising the steps of: coupling an ionization chamber (102) to a capacitive voltage divider circuit (208); determine a change in a capacitance of the ionization chamber (102) using the CVD circuit (208) by: determining a first change in the capacitance of the ionization chamber (102) when the ionization chamber (102) is at a first polarity; the determination of a second change in the capacitance of the ionization chamber (102) when the ionization chamber (102) is at a second polarity; the determination of a difference between the first change and the second change; and the use of the difference to determine the change in the capacitance of the ionization chamber (102); and detect the presence of smoke by detecting a predetermined change in capacitance.
Description
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DESCRIPCIONDESCRIPTION
Procedimiento y aparato de deteccion de humo en una camara de ionesProcedure and smoke detection apparatus in an ion chamber
La presente divulgacion se refiere a dispositivos de deteccion de humo y mas particularmente a un dispositivo de deteccion de humo que utiliza un cambio en permitividad que afecta a un valor de capacitancia de una camara de iones cuando el humo se introduce en la misma.The present disclosure relates to smoke detection devices and more particularly to a smoke detection device that uses a change in permittivity that affects a capacitance value of an ion chamber when smoke is introduced therein.
La patente US 3.295.121 de EE.UU. divulga un sistema de alarmas electrico, preferentemente de alarmas contraincendios, en el que una camara de ionizacion esta conectada a un divisor de tension capacitivo (CVD), en el cual el humo se detecta mediante la determinacion de un cambio predeterminado en la capacitancia de la camara de ionizacion, utilizando el CVD.U.S. Patent 3,295,121. discloses an electrical alarm system, preferably of fire alarms, in which an ionization chamber is connected to a capacitive voltage divider (CVD), in which smoke is detected by determining a predetermined change in the capacitance of the ionization chamber, using the CVD.
La solicitud de patente francesa FR 2 473 201 divulga un detector de humo con una camara de humo ionizante que esta disenada como un condensador de aire. La publicacion de la solicitud de patente US2008/0312857 de EE.Uu. divulga un bus multiplexor de entrada/salida. La publicacion de la solicitud de patente US2010/0181180 de EE.UU. divulga un sensor tactil capacitivo que utiliza un condensador interno de un transformador de analogico a digital y una referencia de tension.French patent application FR 2 473 201 discloses a smoke detector with an ionizing smoke chamber that is designed as an air condenser. U.S. Patent Application Publication US2008 / 0312857 discloses an input / output multiplexer bus. The publication of US patent application US2010 / 0181180 discloses a capacitive touch sensor that uses an internal capacitor of an analog-to-digital transformer and a voltage reference.
Un detector de humo utiliza generalmente una camara de ionizacion que contiene una fuente de iones radiactivos que esta acoplada a un amplificador operacional de alta impedancia de entrada. La Figura 1 muestra una tfpica camara de ionizacion utilizada en un detector de humo para producir una corriente muy pequena (nA) que disminuye en presencia de partfculas de humo. Los amplificadores operacionales se utilizan para transformar esta corriente a una tension que se mide despues para determinar la presencia de humo. Las temperaturas elevadas causan un aumento de las corrientes de perdida en las entradas del amplificador operacional en el detector de humo. Esto afecta al rendimiento global de la funcion de deteccion de humo de la camara de ionizacion. Por ello, tales aumentos de las corrientes de perdida pueden suponer una variedad de problemas tal como inexactitud, etc., que pueden requerir circuitos de compensacion adicionales cuando se disena un detector de humo y, por lo tanto, puede aumentar el coste del dispositivo.A smoke detector generally uses an ionization chamber that contains a source of radioactive ions that is coupled to a high input impedance operational amplifier. Figure 1 shows a typical ionization chamber used in a smoke detector to produce a very small current (nA) that decreases in the presence of smoke particles. Operational amplifiers are used to transform this current to a voltage that is measured later to determine the presence of smoke. High temperatures cause an increase in loss currents at the inputs of the operational amplifier in the smoke detector. This affects the overall performance of the smoke detection function of the ionization chamber. Therefore, such increases in loss currents can pose a variety of problems such as inaccuracy, etc., which may require additional compensation circuits when a smoke detector is designed and, therefore, may increase the cost of the device.
Ademas, la impedancia de la camara de iones es extremadamente alta, y cualquiera de las corrientes de perdida, por ejemplo, la corriente de perdida de la placa de circuito impreso, enmascara la corriente de la camara de iones. Las camaras de iones de deteccion de humo requieren, por lo tanto, un procedimiento de fabricacion complejo, donde las patillas del amplificador operacional del circuito de deteccion integrado estan dobladas y soldadas directamente al aire a la camara de iones. Como se menciono anteriormente, se requieren circuitos especiales de baja perdida para detectar el pequeno cambio de corriente a traves de la camara de iones causado por la presencia de humo en la misma.In addition, the impedance of the ion chamber is extremely high, and any of the loss currents, for example, the loss current of the printed circuit board, masks the current of the ion chamber. The smoke detection ion chambers therefore require a complex manufacturing process, where the operational amplifier pins of the integrated detection circuit are bent and welded directly to the ion chamber. As mentioned above, special low-loss circuits are required to detect the small change in current through the ion chamber caused by the presence of smoke in it.
Por lo tanto, existe una necesidad de una manera de detectar el humo en una camara de iones de un detector de humo que no requiera componentes sensibles y caros ni complejos procedimientos de fabricacion. Este y otros objetivos se pueden lograr mediante un procedimiento y aparato como el que se define en las reivindicaciones independientes. Las mejoras adicionales estan caracterizadas en las reivindicaciones dependientes.Therefore, there is a need for a way to detect smoke in an ion chamber of a smoke detector that does not require sensitive and expensive components or complex manufacturing procedures. This and other objectives can be achieved by means of a method and apparatus as defined in the independent claims. Additional improvements are characterized in the dependent claims.
De acuerdo con la realizacion 1, el procedimiento para detectar humo comprende las etapas de: acoplar una camara de ionizacion a un circuito divisor de tension capacitivo (CVD); determinar un cambio en una capacitancia de la camara de ionizacion utilizando el circuito CVD; y detectar la presencia de humo mediante la deteccion de un cambio predeterminado en la capacitancia.According to embodiment 1, the method for detecting smoke comprises the steps of: coupling an ionization chamber to a capacitive voltage divider circuit (CVD); determine a change in a capacitance of the ionization chamber using the CVD circuit; and detect the presence of smoke by detecting a predetermined change in capacitance.
En particular, la etapa de determinar el cambio en la capacitancia de la camara de ionizacion comprende ademas las etapas de: determinar un primer cambio en la capacitancia de la camara de ionizacion cuando la camara de ionizacion pueda estar a una primera polaridad; determinar un segundo cambio en la capacitancia de la camara de ionizacion cuando la camara de ionizacion pueda estar a una segunda polaridad; determinar una diferencia entre el primero y el segundo cambio; y utilizar la diferencia en la determinacion del cambio en la capacitancia de la camara de ionizacion. De acuerdo con una realizacion adicional del procedimiento, el cambio predeterminado en la capacitancia puede ser un cambio en la capacitancia dentro de un cierto tiempo.In particular, the step of determining the change in the capacitance of the ionization chamber further comprises the steps of: determining a first change in the capacitance of the ionization chamber when the ionization chamber may be at a first polarity; determine a second change in the capacitance of the ionization chamber when the ionization chamber may be at a second polarity; determine a difference between the first and the second change; and use the difference in determining the change in the capacitance of the ionization chamber. According to a further embodiment of the procedure, the predetermined change in capacitance may be a change in capacitance within a certain time.
De acuerdo con una realizacion adicional del procedimiento, la etapa de determinar el cambio en la capacitancia de la camara de ionizacion puede comprender las etapas de: cargar la capacitancia de un primer condensador a una primera tension, cargar la capacitancia de la camara de ionizacion a una segunda tension; acoplar el primer condensador a la capacitancia de la camara de ionizacion, en la que resulta una tercera tension en el primer condensador y la capacitancia de la camara de ionizacion; transformar la tercera tension en una representacion digital de la misma; comparar la representacion digital de la tercera tension transformada con una representacion digital de la misma previamente almacenada; detectar la presencia de humo cuando la representacion digital de la tercera tension transformada ha cambiado respecto de la representacion digital previamente almacenada en al menos el cambio predeterminado; y almacenar la representacion digital de la tercera tension.According to a further embodiment of the process, the step of determining the change in the capacitance of the ionization chamber may comprise the steps of: charging the capacitance of a first capacitor at a first voltage, charging the capacitance of the ionization chamber a a second tension; coupling the first capacitor to the capacitance of the ionization chamber, which results in a third voltage in the first capacitor and the capacitance of the ionization chamber; transform the third tension into a digital representation of it; compare the digital representation of the third voltage transformed with a digital representation of it previously stored; detecting the presence of smoke when the digital representation of the third voltage transformed has changed from the digital representation previously stored in at least the predetermined change; and store the digital representation of the third voltage.
De acuerdo con una realizacion adicional de la procedimiento, la etapa de determinar el cambio en la capacitancia de la camara de ionizacion puede comprender las etapas de: cargar la capacitancia de un primer condensador a unaAccording to a further embodiment of the process, the step of determining the change in the capacitance of the ionization chamber may comprise the steps of: charging the capacitance of a first capacitor to a
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primera tension; cargar la capacitancia de una primera camara de ionizacion abierta a entrada de humo a una segunda tension; acoplar el primer condensador a la capacitancia de la primera camara de ionizacion, en la que resulta una tercera tension en el primer condensador y la capacitancia de la primera camara de ionizacion; transformar la tercera tension en una representacion digital de la misma; almacenar la representacion digital de la tercera tension; cargar la capacitancia del primer condensador a una cuarta tension; cargar la capacitancia de una segunda camara de ionizacion cerrada a entrada de humo a una quinta tension; acoplar el primer condensador a la capacitancia de la segunda camara de ionizacion, en la que resulta una sexta tension en el primer condensador y la capacitancia de la segunda camara de ionizacion; transformar la sexta tension en una representacion digital de la misma; almacenar el representacion digital de la sexta tension; restar la representacion digital de la tercera tension de la representacion digital de la sexta tension y dividir entre la representacion digital de la sexta tension para producir una representacion resultante; comparar la representacion resultante con una representacion resultante previamente almacenada; detectar la presencia de humo cuando la representacion resultante ha cambiado respecto de la representacion resultante previamente almacenada en al menos el cambio predeterminado; y almacenar la representacion resultante. De acuerdo con una realizacion adicional del procedimiento, donde: en una primera medida, un alojamiento de la camara de ionizacion se puede acoplar al circuito CVD; y en una segunda medida, una placa colectora de la camara de ionizacion se puede acoplar al circuito CVD.first tension; charge the capacitance of a first ionization chamber open to smoke input at a second voltage; coupling the first capacitor to the capacitance of the first ionization chamber, which results in a third voltage in the first capacitor and the capacitance of the first ionization chamber; transform the third tension into a digital representation of it; store the digital representation of the third voltage; charge the capacitance of the first capacitor to a fourth voltage; charge the capacitance of a second closed ionization chamber to smoke input at a fifth voltage; coupling the first capacitor to the capacitance of the second ionization chamber, which results in a sixth voltage in the first capacitor and the capacitance of the second ionization chamber; transform the sixth tension into a digital representation of it; store the digital representation of the sixth voltage; subtract the digital representation of the third voltage from the digital representation of the sixth voltage and divide by the digital representation of the sixth voltage to produce a resulting representation; compare the resulting representation with a previously stored resulting representation; detect the presence of smoke when the resulting representation has changed from the resulting representation previously stored in at least the predetermined change; and store the resulting representation. According to a further embodiment of the procedure, where: in a first measure, a housing of the ionization chamber can be coupled to the CVD circuit; and in a second measure, a collector plate of the ionization chamber can be coupled to the CVD circuit.
De acuerdo con una realizacion adicional del procedimiento, etapas adicionales pueden comprender las etapas de restar un valor de medida de la primera medida de un valor de medida de la segunda medida dividiendo despues entre el segundo valor de medida; y comparar los numeros de recuento de penodos de tiempo posteriores para determinar si el numero de recuento de uno cualquiera o varios de los penodos de tiempo posteriores ha cambiado en un cierto numero de recuentos. De acuerdo con una realizacion adicional del procedimiento, una etapa adicional puede comprender la etapa de compensar el cambio de temperatura con la informacion de la temperatura de un sensor de temperatura. De acuerdo con una realizacion adicional del procedimiento, una etapa adicional puede comprender la etapa de compensar el cambio de la humedad relativa con la informacion de humedad relativa de un sensor de humedad relativa.According to a further embodiment of the process, additional steps may comprise the steps of subtracting a measurement value from the first measurement from a measurement value of the second measurement by then dividing by the second measurement value; and compare the count numbers of subsequent time periods to determine whether the count number of any one or more of the subsequent time periods has changed by a certain number of counts. According to a further embodiment of the process, an additional step may comprise the step of compensating the temperature change with the temperature information of a temperature sensor. According to a further embodiment of the process, an additional step may comprise the step of compensating the change in relative humidity with the relative humidity information of a relative humidity sensor.
De acuerdo con una realizacion adicional del procedimiento, una etapa adicional puede comprender la etapa de compensar el cambio de la tension con la informacion de tension de un sensor de tension. De acuerdo con una realizacion adicional del procedimiento, la primera tension puede ser aproximadamente una tension de fuente de alimentacion y la segunda tension puede ser aproximadamente una fuente de alimentacion comun. De acuerdo con una realizacion adicional del procedimiento, la primera tension puede ser aproximadamente una fuente de alimentacion comun y la segunda tension puede ser aproximadamente una tension de fuente de alimentacion. De acuerdo con una realizacion adicional del procedimiento, la cuarta tension puede ser aproximadamente una tension de fuente de alimentacion y la quinta tension puede ser aproximadamente una fuente de alimentacion comun. De acuerdo con una realizacion adicional del procedimiento, la cuarta tension puede ser aproximadamente una fuente de alimentacion comun y la quinta tension puede ser aproximadamente una tension de fuente de alimentacion.According to a further embodiment of the procedure, an additional stage may comprise the stage of compensating the change in tension with the voltage information of a tension sensor. According to a further embodiment of the procedure, the first voltage may be approximately a power supply voltage and the second voltage may be approximately a common power supply. According to a further embodiment of the process, the first voltage may be approximately a common power supply and the second voltage may be approximately a power supply voltage. According to a further embodiment of the procedure, the fourth voltage may be approximately a power supply voltage and the fifth voltage may be approximately a common power supply. According to a further embodiment of the procedure, the fourth voltage may be approximately a common power supply and the fifth voltage may be approximately a power supply voltage.
De acuerdo con la reivindicacion 8, el aparato para detectar humo comprende:According to claim 8, the smoke detection apparatus comprises:
una camara de ionizacion acoplada a un circuito divisor de tension capacitivo (CVD) para determinar una capacitancia de la camara de ionizacion; en el que un cambio predeterminado en la capacitancia de la camara de ionizacion indica la presencia de humo en la camara ionizacion.an ionization chamber coupled to a capacitive voltage divider circuit (CVD) to determine an capacitance of the ionization chamber; wherein a predetermined change in the capacitance of the ionization chamber indicates the presence of smoke in the ionization chamber.
en el cual estan previstos circuitos para acoplarse alternativamente con la camara de ionizacion a una primera polaridad para determinar una primera capacitancia de la camara de ionizacion y acoplarse con la camara de ionizacion a una segunda polaridad para determinar una segunda capacitancia de la camara de ionizacion, en el cual puede utilizarse una diferencia entre la primera y segunda capacitancias en la determinacion de la presencia de humo en la camara de ionizacion. De acuerdo con una realizacion adicional, el circuito CVD puede ser un dispositivo periferico en un microcontrolador. De acuerdo con una realizacion adicional, un procesador digital y memoria se pueden acoplar al circuito CVD y a un circuito de alarma.in which circuits are provided to alternately engage with the ionization chamber at a first polarity to determine a first capacitance of the ionization chamber and engage with the ionization chamber at a second polarity to determine a second capacitance of the ionization chamber, in which a difference between the first and second capacitances can be used in determining the presence of smoke in the ionization chamber. According to an additional embodiment, the CVD circuit can be a peripheral device in a microcontroller. According to an additional embodiment, a digital processor and memory can be coupled to the CVD circuit and an alarm circuit.
De acuerdo con una realizacion adicional, al procesador digital puede acoplarse un sensor de temperatura y una tabla de consulta de compensacion de la temperatura almacenarse en la memoria acoplada al procesador digital y utilizarse para compensar los cambios inducidos por la temperatura en la capacitancia de la camara de ionizacion. De acuerdo con una realizacion adicional, al procesador digital puede acoplarse un sensor de humedad y una tabla de consulta de compensacion de la humedad almacenarse en la memoria acoplada al procesador digital y utilizarse para compensar los cambios inducidos por la humedad en la capacitancia de la camara de ionizacion. De acuerdo con una realizacion adicional, al procesador digital puede acoplarse un sensor de tension y una tabla de consulta de compensacion de tension almacenarse en la memoria acoplada al procesador digital y utilizarse para compensar los cambios inducidos por la tension en la capacitancia de la camara de ionizacion. De acuerdo con una realizacion adicional, puede accionarse una alerta audible por la presencia de humo en la camara de ionizacion. De acuerdo con una realizacion adicional, puede accionarse una alerta visual por la presencia de humo en la camara de ionizacion.According to a further embodiment, a temperature sensor and a temperature compensation query table can be attached to the digital processor stored in the memory coupled to the digital processor and used to compensate for temperature induced changes in the capacitance of the camera ionization According to a further embodiment, a humidity sensor and a moisture compensation query table can be attached to the digital processor stored in the memory coupled to the digital processor and used to compensate for moisture induced changes in the capacitance of the chamber ionization According to a further embodiment, a voltage sensor and a voltage compensation query table can be attached to the digital processor table stored in the memory coupled to the digital processor and used to compensate for changes induced by the voltage in the capacitance of the camera ionization According to an additional embodiment, an audible alert can be triggered by the presence of smoke in the ionization chamber. According to an additional embodiment, a visual alert can be triggered by the presence of smoke in the ionization chamber.
De acuerdo con otra realizacion mas, un aparato para detectar humo puede comprender: una primera camara de ionizacion acoplada a un circuito divisor de tension capacitivo (CVD) para determinar una capacitancia de la primeraAccording to yet another embodiment, an apparatus for detecting smoke may comprise: a first ionization chamber coupled to a capacitive voltage divider circuit (CVD) to determine a capacitance of the first
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camara de ionizacion, en el que la primera camara de ionizacion puede estar abierta para la entrada de humo; una segunda camara de ionizacion acoplado al circuito CVD para determinar una capacitancia de la segunda camara de ionizacion, en el que la segunda camara de ionizacion puede estar cerrada para la entrada de humo; en el que una diferencia predeterminada en las capacitancias de la primera y segunda camaras de ionizacion indica la presencia de humo en la primera camara de ionizacion. De acuerdo con una realizacion adicional, puede utilizarse un temporizador de deteccion de humo para determinar si la diferencia predeterminada se produce dentro de un cierto penodo de tiempo.ionization chamber, in which the first ionization chamber may be open for smoke entry; a second ionization chamber coupled to the CVD circuit to determine a capacitance of the second ionization chamber, in which the second ionization chamber may be closed for smoke input; in which a predetermined difference in the capacitance of the first and second ionization chambers indicates the presence of smoke in the first ionization chamber. According to a further embodiment, a smoke detection timer can be used to determine if the predetermined difference occurs within a certain period of time.
Una comprension mas completa de la presente divulgacion puede adquirirse por referencia a la siguiente descripcion considerada conjuntamente con los dibujos adjuntos en los que:A more complete understanding of this disclosure can be acquired by reference to the following description considered in conjunction with the accompanying drawings in which:
La Figura 1 ilustra un diagrama esquematico de una camara de iones que tiene una fuente de radiacion y se utiliza como un sensor de deteccion de humo;Figure 1 illustrates a schematic diagram of an ion chamber that has a radiation source and is used as a smoke detection sensor;
La Figura 1A ilustra diagramas esquematicos de una camara de iones que tienen una fuente de radiacion y que muestran flujos de corrientes a traves de los mismos para conexiones a ello de fuentes de tension de diferente polaridad;Figure 1A illustrates schematic diagrams of an ion chamber having a radiation source and showing current flows through them for connections thereto of voltage sources of different polarity;
La Figura 2 ilustra una vista en alzado esquematica de una tfpica camara de iones utilizada como un sensor de deteccion de humo;Figure 2 illustrates a schematic elevation view of a typical ion chamber used as a smoke detection sensor;
La Figura 3 ilustra un diagrama de bloques esquematico de un detector de humo, de acuerdo con un ejemplo de realizacion espedfico de esta divulgacion;Figure 3 illustrates a schematic block diagram of a smoke detector, according to an example of specific embodiment of this disclosure;
La Figura 4 ilustra un diagrama de bloques esquematico de la funcion de divisor de tension capacitivo mostrado en la Figura 3; yFigure 4 illustrates a schematic block diagram of the capacitive voltage divider function shown in Figure 3; Y
La Figura 5 ilustra un diagrama de bloques esquematico de una parte de la funcion de divisor de tension capacitivo mostrada en la Figura 3 que muestra medios de conmutacion utilizados en el rechazo de la corriente de perdida del modo comun, de acuerdo con la presente invencion.Figure 5 illustrates a schematic block diagram of a part of the capacitive voltage divider function shown in Figure 3 showing switching means used in the rejection of the loss current in the common mode, in accordance with the present invention.
Aunque la presente descripcion es susceptible de diversas modificaciones y formas alternativas, ejemplos de realizaciones espedficas de la misma se han mostrado en los dibujos y se describen en el presente documento en detalle. Debe comprenderse, sin embargo, que la descripcion en el presente documento de los ejemplos de realizaciones espedficas no pretende limitar la divulgacion de las formas particulares divulgadas en el presente documento, sino que por el contrario, esta divulgacion es para cubrir todas las modificaciones y equivalentes tal como se definen mediante las reivindicaciones adjuntas.Although the present description is susceptible to various modifications and alternative forms, examples of specific embodiments thereof have been shown in the drawings and are described herein in detail. It should be understood, however, that the description herein of the examples of specific embodiments is not intended to limit the disclosure of the particular forms disclosed herein, but instead, this disclosure is to cover all modifications and equivalents. as defined by the appended claims.
Una fuente radiactiva en una camara de iones causa que parte del gas (por ejemplo, aire) en la camara se ionice. El resultado es una permitividad del gas mayor de lo normal debido al numero mayor de lo normal de moleculas de gas electricamente polarizadas (ionizadas). Cuando el humo entra en la camara de iones, el humo reacciona con las moleculas de gas ionizadas cambiando de ese modo la permitividad, £, del mismo. La camara de iones puede caracterizarse como un condensador de perdidas con la cantidad de corriente de perdida determinada por el flujo de iones entre placas 102 y 104 cargadas (Figura 1) de la camara de iones. Una capacitancia, C, de un condensador formado por las placas 102 y 104 es una funcion del area, A, de las placas 102 y 104 conductoras; la distancia, d, entre las placas 102 y 104; y la permitividad, £, del dielectrico (aire) entre las mismas de acuerdo con la formula: C=£A/d. Asi, un cambio en la permitividad del gas en la camara de iones cambia tambien el valor de la capacitancia de la misma. Por lo tanto, utilizando una funcion de medida de la capacitancia, por ejemplo, un divisor de tension capacitivo (CVD) en un microcontrolador, el cambio de valor de la capacitancia causado por el cambio de la permitividad del dielectrico gas de este condensador de perdidas puede ser detectada para determinar la presencia de humo allf dentro.A radioactive source in an ion chamber causes some of the gas (for example, air) in the chamber to ionize. The result is a gas permittivity greater than normal due to the greater than normal number of electrically polarized (ionized) gas molecules. When the smoke enters the ion chamber, the smoke reacts with the ionized gas molecules thereby changing the permittivity, £, thereof. The ion chamber can be characterized as a loss capacitor with the amount of loss current determined by the ion flow between charged plates 102 and 104 (Figure 1) of the ion chamber. A capacitance, C, of a capacitor formed by plates 102 and 104 is a function of the area, A, of conductive plates 102 and 104; the distance, d, between plates 102 and 104; and the permittivity, £, of the dielectric (air) between them according to the formula: C = £ A / d. Thus, a change in the permittivity of the gas in the ion chamber also changes its capacitance value. Therefore, using a capacitance measurement function, for example, a capacitive voltage divider (CVD) in a microcontroller, the change in capacitance value caused by the change in the permittivity of the dielectric gas of this loss capacitor It can be detected to determine the presence of smoke inside.
Los microcontroladores incluyen actualmente perifericos que mejoran la deteccion y evaluacion de tales cambios en el valor capacitivo. Una aplicacion de este tipo utiliza el procedimiento de divisor de tension capacitivo (CVD) para determinar un valor de la capacitancia y/o evaluar si el valor capacitivo ha cambiado. El procedimiento de CVD se describe con mayor detalle en la Nota de Aplicacion AN1208, disponible en
www.microchip.com; y una explicacion mas detallada del procedimiento de CVD se presenta en la publicacion de solicitud de patente n.° Us 2010/0181180 de Estados Unidos, de propiedad comun, titulada "Capacitive Touch Sensing using an Internal Capacitor of an Analog-To-Digital Converter (ADC) and a Voltage Reference”, por Dieter Peter.Microcontrollers currently include peripherals that improve the detection and evaluation of such changes in capacitive value. An application of this type uses the capacitive voltage divider (CVD) procedure to determine a capacitance value and / or evaluate whether the capacitive value has changed. The CVD procedure is described in more detail in Application Note AN1208, available at
www.microchip.com; and a more detailed explanation of the CVD procedure is presented in the United States Patent Application Publication No. Us 2010/0181180, entitled "Capacitive Touch Sensing using an Internal Capacitor of an Analog-To-Digital Converter (ADC) and a Voltage Reference ”, by Dieter Peter.
Las variaciones de temperatura y de tension de la batena pueden producir diferencias significativas en la permisividad del gas (aire) con variaciones correspondientes en las medidas de la capacitancia de una primera camara de iones. Al proporcionar una segunda camara de iones que esta sellada para la entrada de humo, la comparacion de los valores medidos de la capacitancia de cada una de las camaras de iones primera y segunda se puede utilizar para compensar estas variaciones y proporcionar una manera sensible de detectar partfculas de humo. Por ejemplo, restando el valor de la capacitancia de la primera camara de iones del valor de capacitancia de la segunda camara de iones y dividiendo despues entre el valor de la capacitancia de la segunda camara de iones, se eliminan los efectos de la temperatura y de la tension de la batena, dejando un valor resultante que se ve afectado principalmente por la presencia de humo en la primera camara de iones.Variations in temperature and tension in the tank can produce significant differences in the permissiveness of the gas (air) with corresponding variations in the capacitance measurements of a first ion chamber. By providing a second ion chamber that is sealed for smoke ingress, the comparison of the measured capacitance values of each of the first and second ion chambers can be used to compensate for these variations and provide a sensitive way to detect smoke particles. For example, by subtracting the capacitance value of the first ion chamber from the capacitance value of the second ion chamber and then dividing by the capacitance value of the second ion chamber, the effects of temperature and temperature are eliminated. the tension of the baton, leaving a resulting value that is mainly affected by the presence of smoke in the first ion chamber.
Los sensores de temperatura, humedad relativa (HR) y/o de tension de la batena se puede incorporar en un sistema de deteccion de humo para determinar la compensacion necesaria para las medidas de la capacitancia de la camaraThe temperature, relative humidity (HR) and / or tension sensors of the battery can be incorporated in a smoke detection system to determine the compensation necessary for the camera capacitance measurements
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de iones utilizadas para la deteccion de humo. Las variaciones de permitividad debido a los cambios de temperatura, HR y/o tension son generalmente durante un penodo de tiempo mas largo que un cambio repentino en la cantidad de contaminantes (partfculas de carbono, etc.) en el aire entre las placas del condensador de la camara de iones. Otra forma menos sensible de ignorar las variaciones de permitividad debido a los cambios de temperatura, HR y/o tension, sena utilizar un procedimiento de deteccion de envolvente o de promediado para ignorar la lenta deriva de la capacitancia de la camara de iones debido a los cambios de tension y/o temperatura pero reconocer un cambio mas brusco (rapido) de la permitividad del aire debido a partfculas de carbono que aparecen de repente en la camara de iones. Para medir los cambios en la capacitancia se pueden utilizar varias tecnicas y se contemplan en el presente documento para todos los fines. Aquellos con una experiencia corriente en circuitos de medida de condensadores y el beneficio de esta divulgacion podnan aplicar facilmente esos circuitos de medida de condensadores en un aparato de deteccion de humo. Un microcontrolador de senal mixta (funciones analogica y digital) se puede utilizar para medidas de capacitancia, por ejemplo, CVD, utilizando un transformador analogico- digital (ADC) en el microcontrolador, que hace los calculos necesarios para determinar si esta presente humo en la camara de iones, y compensary/o promediar los cambios de permitividad debidos a los cambios de temperatura, HR y tension de la batena.of ions used for smoke detection. The permittivity variations due to changes in temperature, RH and / or voltage are generally for a longer period of time than a sudden change in the amount of pollutants (carbon particles, etc.) in the air between the condenser plates of the ion chamber. Another less sensitive way of ignoring permittivity variations due to changes in temperature, RH and / or voltage, will be to use an envelope or averaging detection procedure to ignore the slow drift of the ion chamber capacitance due to changes in tension and / or temperature but recognize a more abrupt (rapid) change in air permittivity due to carbon particles that suddenly appear in the ion chamber. Various techniques can be used to measure changes in capacitance and are contemplated herein for all purposes. Those with a current experience in capacitor measurement circuits and the benefit of this disclosure can easily apply those capacitor measurement circuits in a smoke detection apparatus. A mixed signal microcontroller (analog and digital functions) can be used for capacitance measurements, for example, CVD, using an analog-digital transformer (ADC) in the microcontroller, which makes the necessary calculations to determine if smoke is present in the ion chamber, and compensate / or average the permittivity changes due to changes in temperature, RH and tension of the baton.
Con relacion ahora a los dibujos, se ilustran esquematicamente los detalles de los ejemplos de realizaciones espedficas. Elementos iguales de los dibujos estaran representados por numeros iguales, y elementos similares estaran representados por numeros iguales con un sufijo diferente en letra minuscula.With regard now to the drawings, the details of the examples of specific embodiments are schematically illustrated. Equal elements of the drawings will be represented by equal numbers, and similar elements will be represented by equal numbers with a different suffix in lowercase letters.
Con relacion a la Figura 1, se representa un diagrama esquematico de una camara de iones que tiene una fuente de radiacion y se utiliza como un sensor de deteccion de humo. La camara 102 de iones puede caracterizarse como un condensador con algunas moleculas de gas ionizadas entre las placas 104 y 106 del condensador. Las moleculas de gas son ionizadas por la fuente de radiacion y cuando se aplica una tension entre las dos placas 104 y 106 del condensador circulara una corriente a traves del gas ionizado y de una resistencia 108 conectada en serie con las placas 104 y 106 del condensador. Esta corriente produce una tension en la resistencia 108. Midiendo la tension en la resistencia 108, se puede determinar la permitividad, £, del gas. El humo en la camara de iones causara un cambio brusco en la permitividad, £, causando un cambio brusco en el flujo de la corriente y en la tension en la resistencia 108. Esta tension se mide mediante un amplificador operacional muy alta impedancia (no mostrado) que requiere complejos procedimientos de circuitena y fabricacion. Una mejor manera, de acuerdo con las ensenanzas de esta divulgacion, es medir los valores de capacitancia de la camara de iones antes y despues de que el humo entre en la misma. A medida que cambia la permitividad, £, del gas ionizado lo hace tambien el valor de la capacitancia de la camara de iones. Utilizando un modulo de medida capacitivo que tenga una resolucion bastante alta de la medida del valor de la capacitancia, se puede detectar el cambio en la capacitancia causado por la entrada de humo en la camara de iones y utilizarlo para generar una alarma de deteccion de humo.In relation to Figure 1, a schematic diagram of an ion chamber that has a radiation source and is used as a smoke detection sensor is depicted. The ion chamber 102 can be characterized as a condenser with some ionized gas molecules between the plates 104 and 106 of the condenser. The gas molecules are ionized by the radiation source and when a voltage is applied between the two plates 104 and 106 of the condenser a current will flow through the ionized gas and a resistor 108 connected in series with the plates 104 and 106 of the condenser . This current produces a voltage at the resistance 108. By measuring the voltage at the resistance 108, the permittivity, £, of the gas can be determined. The smoke in the ion chamber will cause a sharp change in the permittivity, £, causing a sharp change in the flow of the current and the voltage at the resistance 108. This voltage is measured by a very high impedance operational amplifier (not shown). ) that requires complex circuitry and manufacturing procedures. A better way, according to the teachings of this disclosure, is to measure the capacitance values of the ion chamber before and after the smoke enters it. As the permittivity, £, of the ionized gas changes, so does the capacitance value of the ion chamber. Using a capacitive measurement module that has a fairly high resolution of the capacitance value measurement, the change in capacitance caused by the entry of smoke into the ion chamber can be detected and used to generate a smoke detection alarm .
Con relacion a la Figura 1A, se representan diagramas esquematicos de una camara de iones que tiene una fuente de radiacion y que muestra flujos de corriente a traves de los mismos para las conexiones a ellos de fuentes de tension de diferente polaridad. La camara 102 de iones puede caracterizarse como tres electrodos, por ejemplo, los electrodos 104, 106 y 210, que tienen algunas moleculas de gas (por ejemplo, aire) ionizadas entre los mismos. Las moleculas de gas son ionizadas por una fuente 108 de radiacion. Cuando entre los dos electrodos 104 y 106 se aplica un potencial 112 de tension a una primera polaridad (positiva para el electrodo 106 y negativa para el electrodo 104), a traves del gas ionizado circulara una corriente 116, Icamara, de electrones de ionizacion polarizada de forma positiva. Cuando entre los dos electrodos 104 y 106 se aplica el potencial 112 de tension a una segunda polaridad (positiva para el electrodo 104 y negativa para el electrodo 106), sustancialmente ninguna corriente 116a de electrones de ionizacion polarizada de forma negativa circulara a traves del gas ionizado ya que ahora el electrodo 104 repelera los electrones de gas ionizado. Sin embargo, la corriente 114 de perdida, Iperdida, por ejemplo, contaminantes, grasa, polvo, etc., de la placa de circuito impreso, circulara independientemente de la polaridad conectada del potencial 112 de tension.In relation to Figure 1A, schematic diagrams of an ion chamber that have a radiation source and that show current flows through them for connections to them of voltage sources of different polarity are represented. The ion chamber 102 can be characterized as three electrodes, for example, electrodes 104, 106 and 210, which have some gas molecules (for example, air) ionized therebetween. The gas molecules are ionized by a radiation source 108. When a voltage potential 112 is applied between the two electrodes 104 and 106 to a first polarity (positive for electrode 106 and negative for electrode 104), a current 116, chamber, of polarized ionization electrons will circulate through the ionized gas in a positive way. When between the two electrodes 104 and 106 the voltage potential 112 is applied to a second polarity (positive for electrode 104 and negative for electrode 106), substantially no stream 116a of negatively polarized ionization electrons will circulate through the gas ionized since now electrode 104 repels ionized gas electrons. However, the loss 114 current, lost, for example, contaminants, grease, dust, etc., of the printed circuit board, will circulate independently of the connected polarity of the voltage potential 112.
Asf, cuando el potencial 112 de tension esta conectado a la primera polaridad a traves de los electrodos 104 y 106 de la camara 102, el flujo total de corriente a traves del medidor 110 de corriente es la corriente 116 de electrones ionizados, Icamara, mas la corriente 114 de perdida, Iperdida. Y cuando el potencial 112 de tension esta conectado a la segunda polaridad a traves de los electrodos 104 y 106 de la camara 102, el flujo total de corriente a traves del medidor 110 de corriente es la corriente 116a de electrones sustancialmente no ionizados mas la corriente 114 de perdida, Iperdida, que da como resultado sustancialmente solo la corriente 114 de perdida, Iperdida. Por lo tanto, restando la corriente 114 de perdida, Iperdida, del flujo total de corriente, se puede determinar la corriente 116, Icamara, real de electrones ionizados. Esto permite medidas mas sensibles de cualquier cambio en la corriente 116, Icamara, de electrones ionizados sin que estos cambios esten enmascarados por la corriente 114, Iperdida, de perdida no deseada. Esta contemplado y dentro del alcance de esta divulgacion que cualquier fluido, por ejemplo, gas o lfquido, que pueda ser ionizado por la fuente 108 de iones funcionara como se ha descrito en lo que antecede.Thus, when the voltage potential 112 is connected to the first polarity through the electrodes 104 and 106 of the chamber 102, the total current flow through the current meter 110 is the current 116 of ionized electrons, Icamara, more the current 114 of loss, lost. And when the voltage potential 112 is connected to the second polarity through the electrodes 104 and 106 of the chamber 102, the total current flow through the current meter 110 is the current 116a of substantially non-ionized electrons plus the current Loss 114, Lost, which results in substantially only Loss Current 114, Lost. Therefore, by subtracting the lost, lost, current 114 from the total current flow, the actual current 116, Icamara, of ionized electrons can be determined. This allows more sensitive measures of any change in current 116, Icamara, of ionized electrons without these changes being masked by current 114, lost, of unwanted loss. It is contemplated and within the scope of this disclosure that any fluid, for example, gas or liquid, that can be ionized by the ion source 108 will function as described above.
Con relacion a la Figura 2, se representa una vista en alzado esquematica de un tfpico sensor de deteccion de humo de dos camaras que tienen una fuente de radiacion. La camara 102 de iones comprende dos camaras 102a y 102b. La camara 102a superior esta abierta al ingreso de humo en la misma, y la camara 102b superior esta cerrada al ingreso de humo. Una pantalla 210 conductora esta situada entre las dos camaras102a y 102b. La fuente 108 de radiacion proxima a o en la camara 102 de iones hace que algo del gas en las camaras 102a y 102b se ionice. EstaIn relation to Figure 2, a schematic elevation view of a typical smoke detection sensor of two chambers having a radiation source is shown. The ion chamber 102 comprises two cameras 102a and 102b. The upper chamber 102a is open to the entrance of smoke therein, and the upper chamber 102b is closed to the entrance of smoke. A conductive screen 210 is located between the two cameras 102a and 102b. Radiation source 108 close to or in ion chamber 102 causes some of the gas in chambers 102a and 102b to ionize. This
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ionizacion del gas dentro de las camaras 102a y 102b causa una corriente 116 de ionizacion, Icamara, a traves de ambas camaras 102a y 102b que aumenta entre los electrodos 104 y 106 de la camara 102 de iones.Ionization of the gas inside the chambers 102a and 102b causes an ionization current 116, Icamara, through both chambers 102a and 102b that increases between the electrodes 104 and 106 of the ion chamber 102.
Cuando el humo esta presente en la camara 102a superior, se combina con el gas ionizado, neutralizando algo del gas ionizado de la trayectoria de corriente de la corriente 116 de ionizacion, Icamara. Como resultado, la permitividad de la camara 102a superior es mas pequena de lo que lo es en la camara 102b superior. La corriente 116 de ionizacion, Icamara, circula en serie a traves de las camaras 102a y 102b y, por lo tanto, sera menor cuando el humo este en la camara 102a. Cuando la tension a traves de las camaras 102a y 102b se invierta no circulara sustancialmente ninguna corriente 116a de ionizacion inversa y el unico flujo de corriente entre los electrodos 104 y 106 sera la corriente 114 de perdida. La presencia de la corriente 114 de perdida reduce la sensibilidad en los cambios de medida en la corriente 116 de ionizacion. Eliminando esta corriente 114 de perdida del modo comun de la determinacion de humo en la camara 102a, resulta un detector de humo mas sensible.When the smoke is present in the upper chamber 102a, it is combined with the ionized gas, neutralizing some of the ionized gas of the current path of the ionization current 116, Icamara. As a result, the permittivity of the upper chamber 102a is smaller than it is in the upper chamber 102b. The ionization current 116, Icamara, circulates in series through chambers 102a and 102b and, therefore, will be lower when the smoke is in chamber 102a. When the voltage across the chambers 102a and 102b is reversed, substantially no reverse ionization current 116a will circulate and the only current flow between electrodes 104 and 106 will be the loss current 114. The presence of the loss current 114 reduces the sensitivity in the measurement changes in the ionization current 116. Eliminating this loss current 114 from the common mode of smoke determination in chamber 102a results in a more sensitive smoke detector.
Con relacion a la Figura 3, se representa un diagrama de bloques esquematico de un detector de humo, de acuerdo con un ejemplo de realizacion espedfico de esta divulgacion. Un detector de humo, representado en general por el numero 300, comprende un transformador 208 analogico/digital (ADC) que tiene un divisor de tension capacitivo (CVD) y funciones de multiplexacion de entrada, una camara 102a de iones con un sensor de deteccion de humo, un procesador digital y memoria 314, un accionador 316 de alarma y una alerta 318 audible/visual. El ADC 208, el procesador digital y memoria 314, y el accionador 316 de alarma se pueden proporcionar en un microcontrolador 330 de circuito integrado. La camara 102a de iones con el sensor de deteccion de humo de esta acoplada al ADC 208, en el que se miden las representaciones de los valores de capacitancia de la misma y despues cada valor de capacitancia representativo se lee y se procesa mediante el procesador digital y memoria 314. Cuando hay un cambio en las representaciones del valor de la capacitancia dentro de un cierto tiempo, el procesador 314 digital permitira que el accionador 316 de alarma ponga en funcionamiento la alerta 318 audible/visual para indicar la presencia de humo en la ubicacion del detector 300 de humo.In relation to Figure 3, a schematic block diagram of a smoke detector is shown, according to an example of specific embodiment of this disclosure. A smoke detector, generally represented by the number 300, comprises an analog / digital transformer 208 (ADC) having a capacitive voltage divider (CVD) and input multiplexing functions, an ion chamber 102a with a detection sensor of smoke, a digital processor and memory 314, an alarm actuator 316 and an audible / visual alert 318. The ADC 208, the digital processor and memory 314, and the alarm actuator 316 can be provided in an integrated circuit microcontroller 330. The ion chamber 102a with the smoke detection sensor of this coupled to the ADC 208, in which the representations of the capacitance values thereof are measured and then each representative capacitance value is read and processed by the digital processor and memory 314. When there is a change in the representations of the capacitance value within a certain time, the digital processor 314 will allow the alarm actuator 316 to operate the audible / visual alert 318 to indicate the presence of smoke in the location of the smoke detector 300.
El detector 300 de humo puede comprender ademas una segunda camara 102b de iones que esta cerrada al aire exterior que pueda contener humo. La primera y segunda camara 102a y 102b de ionizacion se pueden usar para hacer una comparacion de los valores de capacitancia medidos de cada una de las camaras 102a y 102b de iones primera y segunda, y compensar estas variaciones, proporcionando de ese modo una forma mas sensible de detectar partfculas de humo, como se describe mas detalladamente en lo que antecede.The smoke detector 300 may further comprise a second ion chamber 102b that is closed to the outside air that may contain smoke. The first and second ionization chamber 102a and 102b can be used to make a comparison of the measured capacitance values of each of the first and second ion chambers 102a and 102b, and compensate for these variations, thereby providing a more sensitive to detect smoke particles, as described in more detail above.
El detector 300 de humo puede comprender ademas un sensor 320 de temperatura, un sensor 322 de humedad relativa y/o un sensor 324 de tension acoplados a una fuente de alimentacion, por ejemplo, batena (no mostrada). En el cual el procesador 314 digital puede compensar las medidas de capacitancia que pueden cambiar bajo diferentes condiciones de temperatura, humedad y/o tension, por ejemplo, utilizando tablas de consulta que contienen datos de calibracion y de compensacion para la camara 102 de iones con el sensor de humo. Ademas, el procesador 314 digital puede realizar la estabilizacion, promediado en el tiempo, supresion del ruido, sobre muestreo y/o procesamiento de senales digitales para mejorar la sensibilidad de la deteccion del cambio de la capacitancia y/o reducir la captacion de ruido.The smoke detector 300 may further comprise a temperature sensor 320, a relative humidity sensor 322 and / or a voltage sensor 324 coupled to a power source, for example, bat (not shown). In which the digital processor 314 can compensate for capacitance measurements that can change under different conditions of temperature, humidity and / or voltage, for example, using query tables containing calibration and compensation data for the ion chamber 102 with the smoke sensor In addition, the digital processor 314 can perform stabilization, averaged over time, noise suppression, over sampling and / or digital signal processing to improve the sensitivity of the capacitance change detection and / or reduce the noise pickup.
Con relacion a la Figura 4, se representa un diagrama de bloques esquematico de la funcion de divisor de tension capacitivo mostrada en la Figura 3. La funcion del divisor de tension capacitivo (CVD) no utiliza componentes externos. Solo se requiere un transformador analogico/digital (ADC) que se proporciona en un microcontrolador, de acuerdo con las ensenanzas de esta divulgacion. Un microcontrolador 330 que tiene capacidades de ADC es aplicable cuando se utiliza el procedimiento de divisor de tension capacitivo (CVD) de determinar los valores de capacitancia de la camara 102 (las camaras) de iones. En el procedimiento de CVD, dos condensadores estan cargados/descargados para valores de tension opuestos. Despues, los dos condensadores cargados de forma opuesta estan acoplados entre sf y se mide una tension resultante en los dos condensadores conectados. La tension resultante se transforma en una representacion digital de la misma mediante el ADC 442 y se lee mediante el procesador 314 digital. Esta representacion digital puede ser transformada a un valor de capacitancia mediante el procesador 314 digital o utilizarse tal cual ya que la representacion digital es proporcional al valor de la capacitancia. Un cambio suficiente en esta representacion digital de la tension resultante puede utilizarse para indicar humo en la camara 102 de iones. Una mejora adicional para una deteccion de humo mas fiable es requerir que se produzca el cambio suficiente en la representacion digital se produce en menos de o igual a un cierto penodo de tiempo para rechazar los lentos cambios de capacitancia de la camara 102 de iones debido a cambios de temperatura, humedad relativa y/o tension de alimentacion (por ejemplo, la batena no mostrada).In relation to Figure 4, a schematic block diagram of the capacitive voltage divider function shown in Figure 3 is depicted. The function of the capacitive voltage divider (CVD) does not use external components. Only one analog / digital transformer (ADC) that is provided in a microcontroller is required, in accordance with the teachings of this disclosure. A microcontroller 330 having ADC capabilities is applicable when the capacitive voltage divider (CVD) procedure is used to determine the capacitance values of the ion chamber 102 (chambers). In the CVD procedure, two capacitors are charged / discharged for opposite voltage values. Then, the two opposite charged capacitors are coupled to each other and a resulting voltage is measured at the two connected capacitors. The resulting voltage is transformed into a digital representation thereof by the ADC 442 and read by the digital processor 314. This digital representation can be transformed to a capacitance value by the digital processor 314 or used as is since the digital representation is proportional to the capacitance value. A sufficient change in this digital representation of the resulting voltage can be used to indicate smoke in the ion chamber 102. A further improvement for a more reliable smoke detection is to require sufficient change in the digital representation to occur in less than or equal to a certain period of time to reject the slow capacitance changes of the ion chamber 102 due to changes in temperature, relative humidity and / or supply voltage (for example, the battery not shown).
Un conmutador G de multiplexor puede ser usado para seleccionar una cualquiera de las camaras 102a o 102b de iones, y puede ser controlado por el procesador 314 digital. Los conmutadores mostrados en la Figura 4 pueden ser, por ejemplo pero sin limitarse a ellos, conmutadores de transistor de efecto de campo (FET). El nodo 436 es un nodo analogico acoplado a un bus 444 analogico de una sola lmea interna (conductor).A multiplexer switch G can be used to select any one of the ion cameras 102a or 102b, and can be controlled by the digital processor 314. The switches shown in Figure 4 can be, for example but not limited to, field effect transistor (FET) switches. Node 436 is an analog node coupled to an analog bus 444 of a single internal line (conductor).
El primer condensador de CVD es la capacitancia de la camara 102 de iones, y el segundo condensador de CVD puede ser un condensador 440 de muestreo y retencion. Preferiblemente, estos dos condensadores tienen valores capacitivos muy proximos, por ejemplo, desde 1:1 a aproximadamente 3:1. Si no, entonces puede anadirse capacitancia adicional a cualquier primer condensador de CVD. La razon para esto en el procedimiento CVD es queThe first CVD capacitor is the capacitance of the ion chamber 102, and the second CVD capacitor can be a sampling and retention capacitor 440. Preferably, these two capacitors have very close capacitive values, for example, from 1: 1 to about 3: 1. If not, then additional capacitance can be added to any first CVD capacitor. The reason for this in the CVD procedure is that
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parte del cambio de un condensador se transfiere al otro condensador que no tiene carga o una carga opuesta. Por ejemplo, cuando los dos condensadores CVD tienen igual valor, la mitad de la carga de uno se transferira al otro condensador. Una relacion de capacitancia de dos a uno dara como resultado que 1/3 de la carga que es transferida a o tomada del condensador mas pequeno (1/2C) dependiendo de cual de los condensadores estaba cargado inicialmente.part of the change of a capacitor is transferred to the other capacitor that has no charge or an opposite charge. For example, when the two CVD capacitors have equal value, half of the charge of one will be transferred to the other capacitor. A two to one capacitance ratio will result in 1/3 of the charge being transferred to or taken from the smallest capacitor (1 / 2C) depending on which of the capacitors was initially charged.
Cuando el condensador 440 de muestreo y retencion tiene una capacitancia sustancialmente mas pequena que la capacitancia de la camara 102 de iones, se puede anadir capacitancia 438a adicional externamente al nodo 436, y/o se puede anadir capacitancia 438b interna independientemente del nodo 436 de manera que la capacitancia combinada de los condensadores 440, 438a y/o 438b tenga suficiente capacitancia en relacion con el valor de capacitancia de la camara 102 de iones para satisfacer los criterios anteriores. Esto da como resultado la mejor resolucion en la determinacion de un valor de capacitancia utilizando el procedimiento de CVD. El condensador 440 es tambien el condensador de muestreo y retencion utilizado para el muestreo y retencion de la tension analogica resultante despues de que la carga es transferida entre los dos condensadores CVD. Una vez que la transferencia de carga se ha completado, un transformador analogico/digital (ADC) 442 transforma la tension de carga resultante en un valor digital que es lefdo por el procesador 314 digital para su posterior procesamiento y la determinacion del valor de la capacitancia o cambio de la misma de la camara 102 de iones.When the sampling and retention capacitor 440 has a capacitance substantially smaller than the capacitance of the ion chamber 102, additional capacitance 438a can be added externally to node 436, and / or internal capacitance 438b can be added independently of node 436 so that the combined capacitance of capacitors 440, 438a and / or 438b has sufficient capacitance in relation to the capacitance value of the ion chamber 102 to meet the above criteria. This results in the best resolution in determining a capacitance value using the CVD procedure. Capacitor 440 is also the sampling and retention capacitor used for sampling and retention of the resulting analog voltage after the load is transferred between the two CVD capacitors. Once the load transfer is complete, an analog / digital transformer (ADC) 442 transforms the resulting load voltage into a digital value that is read by the digital processor 314 for further processing and determination of the capacitance value or change it from the ion chamber 102.
En el ejemplo presentado en lo sucesivo, se pueden seleccionar los valores de capacitancia para la camara 102 de iones (primer condensador CVD), condensador 438a (un condensador conectado externamente) y/o condensador 438b (un condensador conectado internamente) en combinacion con el condensador 440 de muestreo y retencion para dar como resultado una tension de carga combinada de 1/3 o 2/3 de la tension Vdd dependiendo de si el primer condensador CVD (camara 102 de iones) es descargado a Vss o cargado a Vdd, y la combinacion de los condensadores 438 y 440 son cargados a Vdd o descargados a Vss, respectivamente. En este ejemplo, la capacitancia de la camara 102 de iones es aproximadamente el doble de la capacitancia como capacitancia de la combinacion de los condensadores 438 y 440 conectados en paralelo. La tension estatica resultante despues de acoplar juntos los dos condensadores CVD cargados de polaridad opuesta sera de aproximadamente 1/3Vdd cuando la capacitancia de la camara de iones estaba inicialmente descargada a Vss, y aproximadamente 2/3Vdd cuando la capacitancia de la camara de iones estaba cargada inicialmente a Vdd.In the example presented hereinafter, the capacitance values for the ion chamber 102 (first CVD capacitor), capacitor 438a (an externally connected capacitor) and / or capacitor 438b (an internally connected capacitor) can be selected in combination with the 440 sampling and retention capacitor to result in a combined charging voltage of 1/3 or 2/3 of the voltage Vdd depending on whether the first CVD capacitor (ion chamber 102) is discharged to Vss or charged to Vdd, and The combination of capacitors 438 and 440 are charged to Vdd or discharged to Vss, respectively. In this example, the capacitance of the ion chamber 102 is approximately twice the capacitance as capacitance of the combination of capacitors 438 and 440 connected in parallel. The resulting static voltage after coupling the two charged CVD capacitors of opposite polarity together will be approximately 1 / 3Vdd when the capacitance of the ion chamber was initially discharged to Vss, and approximately 2 / 3Vdd when the capacitance of the ion chamber was initially charged to Vdd.
De acuerdo con varias realizaciones, en una medida la carcasa 106 de la camara 102a de iones (Figura 2) puede ser cargada/descargada y despues acoplada en paralelo con el condensador 440 y la tension resultante transformada por el ADC 442. En otra medida la placa colectora interna 104 de la camara 102a de iones puede ser conectada en paralelo con el condensador 440. Tambien restando el valor de tension resultante de la camara 102a de iones del valor de tension resultante de la camara 102b de iones y dividiendo entre el valor de tension resultante de la camara 102b de iones, se eliminan los efectos de temperatura y tension de la batena, dejando un valor de tension resultante que se ve afectado principalmente por la presencia de humo en la camara 102a de iones.According to several embodiments, in one measure the housing 106 of the ion chamber 102a (Figure 2) can be charged / discharged and then coupled in parallel with the capacitor 440 and the resulting voltage transformed by the ADC 442. In another measure the Internal collector plate 104 of the ion chamber 102a can be connected in parallel with the capacitor 440. Also by subtracting the voltage value resulting from the ion chamber 102a from the voltage value resulting from the ion chamber 102b and dividing by the value of tension resulting from the ion chamber 102b, the effects of temperature and tension of the drum are eliminated, leaving a resulting tension value that is mainly affected by the presence of smoke in the ion chamber 102a.
Con relacion a la Figura 5, se representa un diagrama de bloques esquematico de una parte de la funcion de divisor de tension capacitivo mostrado en la Figura 3 que muestra el cambio medio utilizado en el rechazo de la corriente de perdida del modo comun, de acuerdo con la presente invencion.In relation to Figure 5, a schematic block diagram of a part of the capacitive voltage divider function shown in Figure 3 is shown showing the average change used in the rejection of the loss current of the common mode, according with the present invention.
Los conmutadores 550 y 552, y 554 y 556 cambian las conexiones de polaridad de las camaras 102a y 102b, respectivamente. Se toman dos operaciones de medida de CVD para cada una de las camaras 102a y 102b, una operacion de medida de CVD se toma a una primera polaridad y una segunda operacion de medida de CVD a una segunda polaridad opuesta a la primera polaridad. Los resultados de estas operaciones de medida de CVD se almacenan en la memoria del procesador 314 digital para su posterior procesamiento computacional, por ejemplo, restando el menor valor de capacitancia de la operacion de medida de CVD del mayor valor de la capacitancia de la operacion de medida del CVD de cada camara 102a y 102b, anulando de ese modo lo que esta causado por la corriente 114 de perdida, con un resultado de solo una representacion de la corriente 116 de la camara de ionizacion. Dado que cada camara 102a y 102b se mide de forma independiente, cualquier diferencia en las corrientes 116 de ionizacion de las dos camaras indicara la influencia del humo en la ionizacion del gas en la camara 102a. La determinacion de un valor de capacitancia de la operacion del CVD que representa la corriente 116 de ionizacion de la cerrada para el valor de capacitancia de la operacion de medida del cVd que representa la camara 102b de ionizacion de humo permite de ese modo un valor de base que se puede utilizar para rastrear o "flotar" un valor de referencia de capacitancia base para la camara 102a, de modo que un pequeno cambio del mismo puede ser mas facilmente reconocido como indicador de deteccion de humo en dicho lugar.Switches 550 and 552, and 554 and 556 change the polarity connections of chambers 102a and 102b, respectively. Two CVD measurement operations are taken for each of cameras 102a and 102b, a CVD measurement operation is taken at a first polarity and a second CVD measurement operation at a second polarity opposite the first polarity. The results of these CVD measurement operations are stored in the memory of the digital processor 314 for subsequent computational processing, for example, by subtracting the lower capacitance value of the CVD measurement operation from the greater capacitance value of the operation of measurement of the CVD of each chamber 102a and 102b, thereby canceling out what is caused by the loss current 114, with a result of only a representation of the current 116 of the ionization chamber. Since each chamber 102a and 102b is measured independently, any difference in the ionization currents 116 of the two chambers will indicate the influence of smoke on the ionization of the gas in chamber 102a. The determination of a capacitance value of the CVD operation representing the closed ionization current 116 for the capacitance value of the measurement operation of the cVd representing the smoke ionization chamber 102b thus allows a value of base that can be used to track or "float" a base capacitance reference value for chamber 102a, so that a small change thereof can be more easily recognized as a smoke detection indicator at that location.
Aunque se han representado, descrito y definido realizaciones de esta divulgacion por referencia a ejemplos de realizaciones de la divulgacion, tales referencias no implican una limitacion de la divulgacion, y ninguna limitacion se debe inferir. El objeto divulgado es capaz de considerables modificacion, alteracion y equivalentes en forma y funcion, como se les ocurrira a los expertos en la tecnica correspondiente y que tienen el beneficio de esta divulgacion. Las realizaciones representadas y descritas de esta divulgacion son solo ejemplos, y no son exhaustivas del alcance de la divulgacion.Although embodiments of this disclosure have been represented, described and defined by reference to examples of embodiments of the disclosure, such references do not imply a limitation of the disclosure, and no limitation should be inferred. The disclosed object is capable of considerable modification, alteration and equivalents in form and function, as will occur to the experts in the corresponding technique and which have the benefit of this disclosure. The depicted and described embodiments of this disclosure are only examples, and are not exhaustive of the scope of the disclosure.
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